基于MATLAB平臺的應(yīng)用型本科院校工科線性代數(shù)的教學(xué)改革與實踐

嚴(yán)欽容

[摘要]為了培養(yǎng)新工科高素質(zhì)的應(yīng)用型人才，從課程教學(xué)理念、課程設(shè)計原則、課程實施方案、課程改革成效、課程創(chuàng)新特色等方面闡述了我?；贛ATLAB平臺的工科線性代數(shù)的教學(xué)改革與實踐情況。這為應(yīng)用型本科院校的線性代數(shù)教學(xué)改革提供了參考與建議。

[關(guān)鍵詞]線性代數(shù);MATLAB;教學(xué)改革

[中圖分類號] G642

[文獻標(biāo)識碼]A

1改革背景

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，云計算、數(shù)據(jù)挖掘等名詞的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)大學(xué)數(shù)學(xué)課程的教學(xué)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).因此，更新教學(xué)模式，探索一種以計算機軟件為輔助教學(xué)工具展開工科數(shù)學(xué)教學(xué)的全新模式受到了國內(nèi)外同行的普遍關(guān)注，已成為當(dāng)前大學(xué)工科數(shù)學(xué)教學(xué)改革的熱點，在國內(nèi)，華中科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、東北大學(xué)、西南大學(xué)等研究型高?；诖髮W(xué)生科研創(chuàng)新的視角，借助MATLAB軟件對公共數(shù)學(xué)課程的教學(xué)模式改革進行了積極的探索，以此提高學(xué)生創(chuàng)新能力;湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)、揚州大學(xué)、湖北工業(yè)大學(xué)等教學(xué)型高校從提升課堂教學(xué)效果的角度出發(fā)，在工科線性代數(shù)的教學(xué)中積極引入MATLAB仿真軟件，從而促進學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高;在應(yīng)用型高校中，關(guān)于MATLAB軟件在工科數(shù)學(xué)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用較少，廣東白云學(xué)院做了有益的嘗試，但僅局限于課程中某幾個知識點，理念仍不夠系統(tǒng)與全面.

在當(dāng)前工程認(rèn)證背景下，現(xiàn)代工程技術(shù)要求工科大學(xué)生具備扎實的數(shù)學(xué)實踐與應(yīng)用能力。而目前面向汽車行業(yè)的應(yīng)用型高校大學(xué)生對數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)常常呈現(xiàn)“學(xué)而無趣”、 “學(xué)而無用”現(xiàn)象，折射出的教學(xué)問題為：理論與實踐脫節(jié)，缺少實踐環(huán)節(jié).因此，將MATLAB軟件融入到該類院校工科線性代數(shù)的教學(xué)改革之中刻不容緩。

2改革意義

（1）提升學(xué)生對于MATLAB軟件的操作能力與應(yīng)用能力，為后續(xù)專業(yè)課程（自動控制、信號處理、系統(tǒng)仿真、機器學(xué)習(xí)、量化投資等）所需的科學(xué)計算能力與數(shù)據(jù)處理能力提供強力支撐。在充分考慮我?！皺C械、電信、材料、汽車”四大工科學(xué)院對學(xué)生工程計算能力的需求，精準(zhǔn)科學(xué)地對在線性代數(shù)課程體系中融入MATLAB軟件實踐，凸顯特色。

（2）借助MATLAB軟件可將抽象、復(fù)雜的線性代數(shù)問題變得直觀、形象、易于理解，且容易檢驗筆算的正誤，從而激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考、動手實踐和自主創(chuàng)新能力，這和新工科所倡導(dǎo)的理念是不謀而合的。同時也使教師突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，既提高了教師的教科研水平，又達到了提升線性代數(shù)教學(xué)質(zhì)量的目的。

（3）在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面取得顯著成效。以“重視基礎(chǔ)理論一面向應(yīng)用需求一培養(yǎng)創(chuàng)新意識”為主線，在完成工科線性代數(shù)課程教學(xué)內(nèi)容后，定期開設(shè)MATLAB軟件以及數(shù)學(xué)類競賽講座（全國大學(xué)生數(shù)學(xué)競賽、全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽等），同時在全校范圍內(nèi)積極宣傳，吸引學(xué)生廣泛參與，實現(xiàn)大學(xué)四年對數(shù)學(xué)的不間斷學(xué)習(xí)，將“教學(xué)、培訓(xùn)、競賽”三者有機銜接，促進我校數(shù)學(xué)類競賽和考研數(shù)學(xué)成績的持續(xù)提高。

3改革策略

3.1 課程教學(xué)理念

（l）立德樹人，以德為先。我校工科線性代數(shù)課程始終堅持把立德樹人作為人才培養(yǎng)的中心環(huán)節(jié)，把思想政治教育貫穿于教學(xué)全過程。通過幫助學(xué)生樹立辯證唯物主義世界觀，鍛煉學(xué)生勤于思考、刻苦鉆研的品質(zhì)，增強學(xué)生的民族自信心和自豪感等使得線性代數(shù)課程與思政理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。

（2）教授負(fù)責(zé)，打造一流教學(xué)團隊。經(jīng)過多年的建設(shè)，我校工科線性代數(shù)課程形成了一個以教授為課程負(fù)責(zé)人，年齡、職稱、學(xué)緣合理，師德高尚、愛崗敬業(yè)的高水平的教學(xué)團隊，并于2018年獲得湖北省優(yōu)秀基層教學(xué)組織。

（3）呈工科特色、富創(chuàng)新精神，貫徹“兩性一度”的“金課”標(biāo)準(zhǔn)。在教學(xué)內(nèi)容上，數(shù)學(xué)理論與工程實際相結(jié)合，體現(xiàn)課程的高階性;在教學(xué)模式上，深化教學(xué)供給側(cè)改革，融人科學(xué)計算軟件——MATLAB，體現(xiàn)課程教學(xué)的創(chuàng)新性;在考核方法上，加大過程考核力度，提高卷面試題難度，增加課程的挑戰(zhàn)度。

（4）堅持以學(xué)生為中心。宏觀上將“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”的OBE教學(xué)理念貫徹課程的教學(xué)的全過程;微觀上將“引入、目標(biāo)、前測、參與式學(xué)習(xí)、后測、總結(jié)”的BOPPPS教學(xué)模式貫穿于每一次的課堂教學(xué)。

3.2課程設(shè)計原則

（1）“三位一體”的課程目標(biāo)導(dǎo)向。一是獲取知識，使學(xué)生系統(tǒng)地獲得工科線性代數(shù)的基本知識，掌握基本理論和方法;二是培養(yǎng)能力，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、邏輯推理和利用MATLA軟件解決復(fù)雜工程實際問題的科學(xué)計算能力;三是弘揚數(shù)學(xué)文化，滲透社會主義核心價值觀，實現(xiàn)課程育人、數(shù)學(xué)育人。

（2）基于工程教育認(rèn)證理念設(shè)置課程目標(biāo)。目標(biāo)一，為獲得現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識奠定必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ);目標(biāo)二，使學(xué)生初步具有借助MATLAB軟件對一些工程問題進行科學(xué)計算與建模仿真;目標(biāo)三，培養(yǎng)學(xué)生具有終身學(xué)習(xí)能力，形成適應(yīng)社會發(fā)展的綜合素養(yǎng)。

（3）教學(xué)內(nèi)容與時俱進。教學(xué)內(nèi)容不斷融入MATLAB實踐練習(xí)環(huán)節(jié)，打破了以往重理論輕計算的困境，同時課程教材始終選用國家級優(yōu)質(zhì)教材，隨著教材中例題配套的MATLAB程序代碼的不斷完善，保證了教學(xué)內(nèi)容的與時俱進。

（4）教學(xué)設(shè)計堅持以學(xué)生為中心，實行因材施教。在教學(xué)過程中實現(xiàn)“預(yù)習(xí)引導(dǎo)、課堂教學(xué)、課堂測試、課后作業(yè)、答疑輔導(dǎo)”五位一體;教學(xué)方法上以課堂教學(xué)為主陣地、充分發(fā)揮信息化教學(xué)手段的作用。

3.3課程實施方案

（1）由點及面輻射全校工科專業(yè)。項目初期在部分學(xué)院（3個教學(xué)班）試點，經(jīng)過一年后在全校工科專業(yè)課程教學(xué)中推廣。通過本項目的實施，對教師而言，將逐步改變我校線性代數(shù)教學(xué)中重理論輕應(yīng)用的教學(xué)理念;對學(xué)生而言，徹底改變學(xué)生對線性代數(shù)計算問題只會手寫筆算不會編程機算的落后局面，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)所需的科學(xué)計算能力與數(shù)據(jù)處理能力提供強有力的支撐。

（2）堅持以課堂教學(xué)為主陣地，借助信息化技術(shù)輔助教學(xué)。選用魅力師資、打造精品課堂;在課堂教學(xué)中引入微助教、雨課堂，打破“課堂沉默”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;采用微課、“超星”學(xué)習(xí)通等信息化教學(xué)載體輔助教學(xué)，作為課堂教學(xué)的有益補充。

（3）課堂教學(xué)普遍采用BOPPPS教學(xué)模式。通過吸引注意、引發(fā)興趣的開場引言，明確、恰當(dāng)、可評估的學(xué)習(xí)目標(biāo)，了解先備知識與能力的課堂測驗，專業(yè)、互動、有效的參與式學(xué)習(xí)，檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)完成度的課后測試，完美收尾、承前啟后的課程總結(jié)等六個環(huán)節(jié)，將整個課堂教學(xué)銜接起來形成閉環(huán)，實現(xiàn)課堂的有效教學(xué)。

（4）課程教學(xué)評價規(guī)范，強化過程考核。我校工科線性代數(shù)課程建立了完整立體的課程評價方案，尤為注重過程考核，制定了詳實的平時成績評定標(biāo)準(zhǔn)。除了期末測試成績（占比60%）以外，過程考核部分分為三塊內(nèi)容：平時課程作業(yè)（占比15%）、課堂參與答題（占比10%）、MATLAB實踐（占比15%）。

4改革成效

（1）課程教學(xué)得到學(xué)生的贊譽和專家好評。一方面，學(xué)生對課程的滿意度普遍較高，通過近兩年來學(xué)生對線性代數(shù)教學(xué)團隊教師的教學(xué)評教分?jǐn)?shù)均在98分以上，顯著高于學(xué)校平均水平。另一方面，我校督導(dǎo)專家基于對全校各院系教師的聽課情況進行比較，對該課程給與了高度評價。

（2）從產(chǎn)出結(jié)果分析，課程教學(xué)效果顯著。經(jīng)過對改革前后學(xué)生課程學(xué)習(xí)目標(biāo)達成度的對比分析，改革后的目標(biāo)達成度顯著提高，為我校車輛工程、材料成型及控制工程兩個工科專業(yè)順利通過工程教育專業(yè)認(rèn)證提供了強力的支撐。

（3）取得了大量的教學(xué)成果及榮譽。近兩年來成功獲批湖北省教育廳高等學(xué)校教學(xué)研究項目2項;湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目4項;校級教學(xué)研究課題30項;發(fā)表教學(xué)研究論文20余篇;教學(xué)團隊成員多次獲得我校優(yōu)秀教師稱號;近3年我校學(xué)生在全國數(shù)學(xué)競賽以及全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中成績優(yōu)異，獲得獎項40余項。

5課程創(chuàng)新特色

（1）理念創(chuàng)新?；贠BE理念，通過細(xì)化教學(xué)目標(biāo)，以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向設(shè)計大綱、內(nèi)容、策略和考核辦法并開展教學(xué)，然后進行目標(biāo)達成情況的評價，以便持續(xù)改進，形成一個不斷上升的閉環(huán)。

（2）模式創(chuàng)新。在課程理論教學(xué)的基礎(chǔ)上融入MATLAB軟件實踐環(huán)節(jié)，將一維的教學(xué)模式拓展為二維的教學(xué)模式。這一模式更加符合應(yīng)用型高校的教學(xué)規(guī)律，更加契合以學(xué)生為中心的教育理念。

（3）課程思政。通過挖掘線性代數(shù)課程的“思政”元素，突出課程的“思政”功能，將思想政治教育巧妙地融入到數(shù)學(xué)課程的教學(xué)中，讓數(shù)學(xué)課程內(nèi)容更具深度、課堂氛圍更有溫度、思政教育更有力度，達到“隨風(fēng)潛入夜、潤物細(xì)無聲”的育人效果。

6結(jié)語

課程改革與實踐是一項長期性的工作，線性代數(shù)作為工科專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)必修課程，有著具足輕重的作用。我校為了面向汽車行業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型工科人才，教師在傳授學(xué)生基礎(chǔ)數(shù)學(xué)理論知識的同時，還要積極地改善線性代數(shù)的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，打破數(shù)學(xué)知識、專業(yè)課程與工程應(yīng)用三者之間的學(xué)科壁壘。通過在工科線性代數(shù)課程中融入MATLAB軟件的教學(xué)改革與實踐，希望能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，逐步提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)、數(shù)學(xué)思維能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題的計算能力，使之成為新時代的新工科人才。

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